[发明专利]铝盐水溶液后处理制备氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料的方法在审

专利信息
申请号: 201510907856.1 申请日: 2015-12-09
公开(公告)号: CN105428625A 公开(公告)日: 2016-03-23
发明(设计)人: 耿海龙;王振伟;胡博 申请(专利权)人: 山东齐星新材料科技有限公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/525;H01M10/0525
代理公司: 济南金迪知识产权代理有限公司 37219 代理人: 杨磊
地址: 256200 *** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 盐水 溶液 处理 制备 氧化铝 包覆钴酸锂 锂离子电池 正极 材料 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法,尤其涉及铝盐水溶液后处理制备氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料的方法,属于锂离子电池技术领域。

背景技术

追求高能量密度一直是锂离子电池研究者、开发商的目标;其正极材料候选很多,其中,钴酸锂(LiCoO2)是高端锂离子电池正极材料的主要选择,通过提高其充电截止电压以提高其有效容量。提高其截止电压的主要办法就是氧化铝包覆,氧化铝包覆的优点是适当将母体材料与电解液隔离,保护母体材料结构的稳定性,同时氧化铝自身也具有比较高的锂离子导电能力,从而提高钴酸锂的高压承受能力。

目前,氧化铝包覆的方法一般是使用有机铝盐(如异丙醇铝)作为铝源,这种方法具有包覆均匀、不损害主体LiCoO2性能的优点。但是,由于有机铝盐价格很高并且易燃易爆,使得这种方法具有成本高、危险性高的缺点,不易实现工业化规模的生产。

还有使用铝盐水溶液作为铝源,如硫酸铝、硝酸铝的水溶液,进行氧化铝包覆。使用铝盐水溶液作为铝源,优点是成本低,安全性高,缺点是铝盐水溶液的酸性很强,易腐蚀LiCoO2破坏其表面结构的完整性,且水中的质子会和LiCoO2中的锂离子交换,结构中引入质子杂质,影响包覆后的产物的电化学性能,例如有效容量降低严重,充放电曲线滞后增大,平台更加倾斜,等。

有时为了减弱水性铝盐的酸性,促进铝沉淀,使用氨水等调节铝盐pH值。但是,这会额外增大成本、提高操作的复杂性。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提供一种铝盐水溶液后处理制备氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料的方法。

本发明的技术方案如下:

一种铝盐水溶液后处理制备氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料的方法,包括步骤如下:

(1)将锂源和钴源按照Li:Co的摩尔比为(1+x):1配比混合,0.07≤x≤0.1,在800-1200℃烧结15-20h,得LiCoO2

(2)将LiCoO2加入到铝盐水溶液中混合均匀,然后将水溶液搅拌蒸发完全,得残余物;

(3)将残余物于400-500℃烧结2-5h,即得氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料。

根据本发明,优选的,步骤(1)中所述的锂源为Li2CO3、LiOH或/和CH3COOLi,所述的钴源为Co3O4、Co(OH)2、CoOOH或/和CoO。

根据本发明,优选的,步骤(1)中所述的烧结温度为900-1000℃,烧结时间为17-18h。

根据本发明,优选的,步骤(2)中所述的铝盐为Al(NO3)3

优选的,铝盐水溶液的浓度为0.1-0.3mol/L;

优选的,LiCoO2的质量与铝盐水溶液的体积比值为1:(10-30)mg/mL;

优选的,搅拌蒸发温度为60-90℃。

根据本发明,优选的,步骤(3)中烧结温度为440-460℃。

本发明的原理:

本发明使用铝盐水溶液作为铝源,不使用氨水等调节pH值,而是在合成钴酸锂时引入适当过量的碳酸锂。但是,在钴酸锂合成中,如果锂源过量太多会导致钴酸锂产物含有过量的锂导致高的碱性,同样影响氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料电学性能,对材料的应用不利。本发明经过大量实验确定锂源过量7-10%,这样保证产物中含有碳酸锂、氧化锂等物质,既中和铝盐水溶液的酸性,又防止铝盐水溶液对钴酸锂的强腐蚀破坏,并预防质子和锂离子的交换作用。

本发明的有益效果:

1、本发明避免使用有机含铝化学试剂,成本和危险性低,易于工业化应用。

2、本发明通过在钴酸锂合成中使用适当过量锂源的方法提高LiCoO2产品中碳酸锂含量,既中和铝盐水溶液的酸性,又防止铝盐水溶液对钴酸锂的强腐蚀破坏,并预防质子和锂离子的交换作用。

3、本发明制得的氧化铝包覆钴酸锂锂离子电池正极材料电学性能优越,制得锂离子电池后在0.1C倍率下,3.0-4.30V电压范围,测得首次容量达143mAh/g,循环150次后容量达115.8mAh/g;3.0-4.55V电压范围,测得首次容量达158.9mAh/g,循环150次后容量达123.1mAh/g。

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